CN101907149A - 工业机器人双摆线单级减速器 - Google Patents

工业机器人双摆线单级减速器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及工业机器人减速器技术领域，一种工业机器人双摆线单级减速器。其特征在于：(a)单级减速；(b)输出轴采用大直径圆盘、两端支承的刚性笼形结构；(c)输入轴(3)上依次装置弹性挡圈(4)、碟形弹簧(5)、偏心轴承a、隔圈(15)、偏心轴承b、碟形弹簧(14)及弹性挡圈(12)，其中：输入轴与二单偏心轴承a、b之间用同旋向多头螺纹联接；初始时：摆线轮A轮齿沿顺时针方向与针齿壳(10)上半区针齿销(16)靠紧，而摆线轮B轮齿沿逆时针方向与针齿壳(10)下半区针齿销(16)靠紧；(d)二单偏心轴承a、b由标准无外圈滚子轴承与内偏心套紧配而成，有益效果：①结构简化、另件少、散热空间大；②采用标准轴承+内圈多头螺母结构，大大降低了多头螺母的加工难度；③可制造类RV-E及RV-C中空机型；④内齿摆线轮与外齿摆线轮为纯滚动啮合，因此在输入功率相同情况下，减速器体积可降低1个等级。

Description

工业机器人双摆线单级减速器
【技术领域】
本发明涉及工业机器人减速器技术领域，一种工业机器人双摆线单级减速器。
【背景技术】背景技术分单级减速与二级减速两种：
(一)二级减速：渐开线行星齿轮+摆线
(a)日本RV与我国CORT(97100463)的问题是：①制造精度要求极高；②结构复杂、另件多、散热性能不好；③回差不能自动补偿；④价格昂贵。
(b)工业机器人微回差摆线减速器(200910196984.4)的问题是：①结构复杂、另件多、散热性能不好；②偏心轴承内圈多头螺母加工困难；③不能制造类RV-C带中心孔机型。
(二)单级减速：(a)“内摆线针轮传动”(200610001307.9)没有解决啮合面磨损后回差能自动补偿及制造精度要求极高的困难；(b)“双圆盘摆线行星传动装置”(200510057463)：重庆大学某教授认为：该发明制造精度要求很高，如果不具备大批量生产条件，产品成本将非常高。
我国863计划、国家自然科学基金一再重复列项，希望国内齿轮专家、一流制造厂在RV基础上，研制出中国人自己减速器以取代日本RV。然而，至今仍然必需从日本进口RV配套。
【发明内容】
本发明系“工业机器人微回差摆线减速器”(200910196984.4)与RV减速器的重大改进，目的在于：提出一种中等制造精度、工艺难度小、回差能自动补偿、制造成本估算为RV、CORT的25-35％及能制造类RV-C中空机型的工业机器人双摆线单级减速器。
工业机器人减速器的回差主要包括几何回差和负载时弹性变形回差。其中：
(一)空载时的几何回差：运动精度通过传动误差(本发明为单级减速，因而只有摆线传动与输出机构两个环节)来表示，回差值1′～1.5′。摆线传动中针齿销孔周向位置误差、针齿销半径误差、等距及移距修形误差为几何回差主要因素；
(二)负载时弹性变形回差(刚性)：在负载运动情况下，包括弹性变形引起的回差在内的总回差不能超过6′(朱孝录《齿轮传动设计手册》827页)。
如何设计、制造小回差工业机器人减速器的具体技术方案如下：
(A)空载时零回差：为了消除初始回差，结构上使摆线轮A沿顺针方向靠紧内摆线轮齿、摆线轮B沿逆针方向靠紧另半区内摆线轮齿。因而二单偏心轴承a、b相位角φ≈180°。相位角微小改变对静平衡影响不大，因为原整体双偏心轴承相位角也不可能严格等于180°。
(B)负载时二轮同步作功，增大啮合刚度，减小接触变形，其原理如下：
摆线轮A、B内偏心套(螺母)a、b在两侧弹簧预压力Q0作用下，分别潜在“右移逆针转”与“左移顺针转”的螺旋线运动，其潜在转矩M0＝Q0(d2/2)th(λ+φ)。当螺母右或左移m(约0.05-0.15)时，则转矩增大为M1＝(Q0+mp′)(d2/2)tg(λ+φ)(p′为弹簧刚性指数)。
当输入轴(右旋螺杆)顺时针转时：螺杆驱动扭矩T＝T0+Ma，其中：
T0是螺母a使摆线轮A逆时针转动做功所需的扭矩；
Ma是螺母a沿轴向推动螺母b右移同时逆针转的转矩(与潜在左移、顺针转(矩)相反)，显然Ma应大于或略大于M0，并且由于弹簧压力的增大，转矩Ma也会增大。
螺母b右移同时逆针转动的瞬间使B轮轮齿沿顺时针快速靠向另半区轮齿，于是A、B轮同步逆针转实现功率输出。(中径d2，螺旋升角λ，摩擦角φ)断电后，依靠弹簧复位；再通电、螺杆反(逆时针)转、B轮作功，A轮滞后......
(C)输出轴采用大直径机架、两端支承的刚性笼形结构，刚性大、抗冲击性能高；
双摆线传动中用内摆线轮便取代了由针齿壳、很多针齿及针齿套构成的针轮。其优点：(1)结构简单、另件少；(2)单级减速比很大，据称可达200(《没有针轮的摆线变速机》机械传动2006.04)；(3)在减速比大于59时，内摆线轮不像针轮必须抽齿，同时由于内齿摆线轮与外齿摆线轮为纯滚动啮合，因此在输入功率相同情况下，体积降低1个等级。
【有益效果】本发明比照RV，其创造、新颖、实用性体现在：
①啮合面磨损后回差能自动补偿；②去掉三偏心轴、6只轴承及7只齿轮，简化了结构，增加了散热空间，消除了三偏心轴带来的加工与装配误差；③工艺难度小、毋需高精度机床；④制造成本估算为RV、CORT的25～35％。
本发明比照工业机器人微回差摆线减速器(200910196984.4)，其创造等三性体现在：
①结构简化、另件少、散热空间大；②采用标准轴承+内圈多头螺母结构，大大降低了多头螺母的加工难度；③可制造类RV-E及RV-C中空机型；④内齿摆线轮与外齿摆线轮为纯滚动啮合，因此在输入功率相同情况下，减速器体积可降低1个等级。
【附图说明】
图1.为本发明实施例的结构示意图
图2为初始状态：(2-a)摆线轮A沿顺针方向与上半区内摆线轮齿靠紧时的结构示意图；摆线轮B沿逆针方向与下半区内摆线轮齿靠紧时的结构示意图；
(2-b)摆线轮A、B内偏心轴承a、b与输入轴螺旋副的结构示意图。
图3为工作时：(3-a)摆线轮A、B沿顺针方向与内摆线轮上、下半区轮齿靠紧时示意图；
(3-b)摆线轮A、B内偏心轴承a、b与输入轴螺旋副的结构示意图。
【具体实施方式】
参照图1、2与3.一种工业机器人双摆线单级减速器，由摆线轮A与B及置于其内的偏心轴承，内摆线齿圈(10)，柱销(7)，柱套(6)，输入轴(3)及W输出机构组成，其特征在于：
(a)输入轴(3)经摆线轮单级减速由W输出机构同轴输出；
(b)W输出机构由左机架(1)、右机架(16)、柱销(7)及柱套(6)组成，依靠柱销将左、右机架紧配合及螺钉(未画出)联接一体，左、右机架分别依靠轴承(8)、(11)支承在内摆线齿圈(10)两侧内孔，输入轴(3)两端分别用轴承(2)与(13)支承在左、右机架内孔，W输出机构采用大直径机架、两端支承的刚性笼形结构，因而刚性大、抗冲击性能高；
(c)输入轴(3)上依次装置弹性挡圈(4)、碟形弹簧(5)、偏心轴承a、与轴滑动配合的隔圈(15)、偏心轴承b、碟形弹簧(14)及弹性挡圈(12)，其中：
输入轴(3)与二单偏心轴承a、b之间用同旋向多头螺纹联接；隔圈(15)的轴向长度应使摆线轮A轮齿沿顺时针方向与内摆线齿圈(10)上半区轮齿靠紧，而摆线轮B轮齿沿逆时针方向与内摆线齿圈(10)下半区轮齿靠紧；
(d)二单偏心轴承a、b由标准无外圈滚子轴承与内偏心套紧配、或过度配合加销而成，二偏心套内孔为同旋向多头螺纹与输入轴(3)上多头螺纹构成螺旋副。理论计算结果表明，采用标准无外圈滚子轴承+内偏心套结构，能够满足额定使用寿命的要求。标准无外圈滚子轴承+内偏心套结构的优点是：大大降低了内偏心套的多头螺母的机加工难度。
所述的工业机器人双摆线单级减速器，其特征在于：内摆线轮(10)的内摆线轮齿采用线切割加工得到。内摆线轮用中慢走丝线切割出一连续、光滑曲线，表面粗糙度Ra0.5～0.8μm(相当于磨齿)，切割精度为±0.005mm，比之其它工艺，减速比越大，线切割工艺的优点越显突出，因而当选用1000rpm或1500rpm伺服电机时，(FA三片式减速器许用输入转速为1500～1800r/min)单级减速可满足实际使用要求。
所述的工业机器人双摆线单级减速器，其特征在于：在左、右机架之间有摆线轮A与B，二摆线轮之间有一套在柱销(7)上的均载环板(9)，置于二摆线轮均布销孔中的柱套(6)与摆线轮等宽。均载环板(9)大大提高了柱销(7)的机械强度与刚性。
所述的工业机器人双摆线单级减速器，其特征在于：输入轴(3)为空心轴，其输入端联接一从动齿轮(未画出)，左机架(1)有一中心孔与输入轴内孔相通。输入端从动齿轮用以与伺服电机主动齿轮啮合，形成中空结构，用来取代日本的RV-C、RD-C中空减速器。

Claims (4)

1.一种工业机器人双摆线单级减速器，由二外摆线轮A与B及置于其内孔的偏心轴承，内摆线齿圈(10)，柱销(7)，柱套(6)，输入轴(3)及W输出机构组成，其特征在于：
(a)输入轴(3)经摆线轮单级减速由W输出机构同轴输出；
(b)W机构由左机架(1)、右机架(16)、柱销(7)及柱套(6)组成，依靠柱销将左、右机架紧配合及螺钉(未画出)联接一体，左、右机架分别用轴承(8)、(11)支承在内摆线齿圈(10)两侧内孔，输入轴(3)两端分别用轴承(2)与(13)支承在左、右机架内孔；
(c)输入轴(3)上依次装置弹性挡圈(4)、碟形弹簧(5)、偏心轴承a、隔圈(15)、偏心轴承b、碟形弹簧(14)及弹性挡圈(12)，其中：
输入轴(3)与二单偏心轴承a、b之间用同旋向多头螺纹联接；隔圈(15)的轴向长度应使摆线轮A轮齿沿顺时针方向与内摆线齿圈(10)上半区轮齿靠紧，而摆线轮B轮齿沿逆时针方向与内摆线齿圈(10)下半区轮齿靠紧；
(d)二单偏心轴承a、b由标准无外圈滚子轴承与内偏心套紧配、或过度配合加销而成，二偏心套内孔为同旋向多头螺纹与输入轴(3)上多头螺纹构成螺旋副。
2.根据权利要求1所述的工业机器人双摆线单级减速器，其特征在于：内摆线齿圈(10)的内摆线轮齿采用线切割加工得到。
3.根据权利要求1或2所述的工业机器人双摆线单级减速器，其特征在于：在左、右机架之间有摆线轮A与B，二摆线轮之间有一套在柱销(7)上的均载环板(9)，置于二摆线轮均布销孔中的柱套(6)与摆线轮等宽。
4.根据权利要求3所述的工业机器人双摆线单级减速器，其特征在于：输入轴(3)为空心轴，其输入端联接一从动齿轮(未画出)，左机架(1)有一中心孔与输入轴内孔相通。
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